Forskere produserer 3-printede strukturer med innebygde-nano-rynker for avansert overflatekontroll
Wuhan, Kina - Et forskerteam ved Huazhong University of Science and Technology har utviklet en ny laser-basert 3D-utskriftstilnærming for å fremstille tre-dimensjonale mikro-strukturer som bærer nanoskala rynkemønstre på overflatene, og åpner nye veier for overflater med høy-funksjonalitet.
I studien rapporterer teamet om en «laser direkte montering»-metode som bruker en femtosekundlaser for å generere polymermikro-voxel som spontant danner nanrynker på grunn av spenningsmismatch under fotopolymerisering.
Nøkkelfunksjonene til teknologien inkluderer:
A enkelt-materiale, ett-trinnsprosess: Hele mikrostrukturen-inkludert dens rynker-formes i et enkelt laser-skrivepass, uten behov for separate mal- eller post--rynketrinn.
Høy romlig oppløsning og geometrisk frihet: Metoden gjør det mulig å lage bruker-designede arkitekturer i 3D med programmerte rynkemønstre (inkludert hierarkiske eller mønstrede rynker) på tvers av overflatene.
Kontrollert rynkebølgelengde ned til titalls nanometer: Forfatterne viser at rynkebølgelengdene kan justeres (under ~40 nm) ved å kontrollere laser- og materialparametrene.
Bred anvendelighet: Ettersom rynkene bygges inn under utskrift, kan de resulterende arkitekturene kombinere makro-formdesign og overflatetekstur i nanoskala i ett trinn-lovende for applikasjoner innen optikk, sensing, mikro-fluidikk og mekaniske enheter der overflateareal, lys-atferd har betydning for interaksjon eller fuktighet.
Forskerteamet demonstrerte evnen ved å skrive ut mikro-klosser, rutenett og til og med kunstneriske former (for eksempel et mikro-emblem fra universitetet) dekket med nanrynker, noe som viser både den strukturelle kompleksiteten og overflatestrukturkontrollen.
Ifølge forfatterne ligger den største innovasjonen i å kombinere additiv fabrikasjon av mikro-arkitekturer med in-nanostrukturering-effektivt sammenslåing av 3D-utskrift med nanoskalamønster i en enhetlig prosess. Dette kan betydelig forenkle produksjonen av funksjonelle overflater, hvor det normalt vil være nødvendig med separate litografiske eller selvrynkende trinn.
Potensielle implikasjoner av arbeidet inkluderer forbedret ytelse av mikroenheter (for eksempel gjennom forbedret overflateareal eller forbedret lysspredning), økt funksjonalitet i mikro-robotikk eller biomedisinske stillaser (hvor overflatetekstur påvirker celleadferd), og nye designfriheter i metamaterialer eller fotoniske arkitekturer.
Forfatterne konkluderer med at strategien deres "gir en universell protokoll for å konstruere nesten vilkårlige nanrynkede arkitekturer" og "tilrettelegger for et nytt paradigme innen mikro/nano-additiv produksjon".
